统一电能质量调节器控制策略及工业装置研究

作     者：段耀强 

作者单位：中国电力科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：荆平

授予年度：2015年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：统一电能质量调节器 拓扑结构 控制算法 有源阻尼 工业装置 

摘      要：随着科学技术不断进步,现代工业、商业和居民用电设备对电源特性变化的敏感性呈逐年上升趋势,对电能质量的要求也不断提高。统一电能质量调节器(UPQC)以其优良的工作特性可以解决多种电能质量问题,同时还可以补偿负载无功功率。因此,UPQC更加适合应用于需要同时解决多种复杂电能质量问题的场合。本文主要对UPQC控制策略及工业装置展开了研究。首先,立足于国内外现有的UPQC研究成果,开展了UPQC接入工业园区配电网的系统分析,根据园区负荷对电能质量的要求,确定了三相三线UPQC的技术特性和功能。其次,阐述了本文所研究的三相三线UPQC的工作原理和工作模式。根据其主电路拓扑,分别在三相静止坐标系下和dq旋转坐标系下建立了三相三线UPQC串联侧变流器、并联侧变流器及直流侧的低频数学模型和小信号数学模型,并讨论了UPQC直流侧电压与并联侧有功电流的关系。根据控制要求设计了UPQC的主电路拓扑和主要装置参数。基于本文推导的UPQC低频模型和小信号模型,设计了UPQC串、并联侧变流器补偿分量的检测方法；并根据UPQC串、并联侧的补偿需求和响应速度设计了相应的控制策略。针对UPQC变流器同输出侧RLC滤波器发生谐振的问题,研究分析其产生原因,设计了有源阻尼控制算法进行抑制,并通过仿真验证了该算法的有效性。最后,基于DSP的物理控制器和RTDS的数模混合仿真平台,通过仿真实验验证了所提控制策略的有效性,并据此设计了10 kV/1 MVA UPQC工业装置技术方案。依托本单位高压试验室研发的10 kV/1 MVA电能质量扰动装置试验系统,对所研制的UPQC工业装置的各项补偿功能进行测试,验证其有效性,并对试验结果和数模混合仿真实验结果进行了比对分析。目前,该装置已经在北京某企业投入运行,运行效果良好,各项技术指标达到设计要求。